JP3665365B2 - 内燃機関の回転円滑度を制御する方法と装置 - Google Patents
内燃機関の回転円滑度を制御する方法と装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の回転円滑度を制御する方法と装置、更に詳細には、内燃機関の各シリンダに関連して回転円滑度の実際値、回転円滑度の目標値、制御偏差および制御器がそれぞれ割り当てられ、各制御器が関連する制御偏差に基づいてシリンダ固有の操作量を出力する内燃機関の回転円滑度を制御する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の回転円滑度を制御するこの種の方法とこの種の装置は、ＤＥ−ＯＳ３３３６０２８（ＵＳ−Ａ４６８８５３５）から知られている。同公報には内燃機関の回転円滑度を制御する方法と装置が記載されている。この種の装置においては、内燃機関の各シリンダには、各シリンダに関連する制御偏差に従ってその関連するシリンダに対して操作量を形成する閉ループ制御器が設けられている。制御偏差は、個々のシリンダに関連した実際値と目標値から形成される。実際値としては２つの燃焼間の時間間隔ないしはセグメント輪によって定められるセグメントの期間が用いられる。目標値はすべての実際値にわたる平均値を形成することによって得られる。この種の回転円滑度制御によってはすべての運転状態において満足できる結果を得ることはできない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、各シリンダのばらつきを更に良好に補償し内燃機関の回転むらを少なくすることが可能な内燃機関の回転円滑度を制御する方法と装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１と４）は、
クランク軸ないしカム軸に配置されたセグメント輪によってセグメントパルスが形成される内燃機関の回転円滑度を制御する方法（及び装置）であって、２つのセグメントパルスによって１セグメントが定められ、内燃機関の各シリンダに関連して回転円滑度の実際値、回転円滑度の目標値、制御偏差および制御器が設けられており、その場合各制御器は関連する制御偏差に基づいてシリンダ固有の操作値を出力し、回転円滑度の実際値と回転円滑度の目標値が２つのセグメントパルス間の間隔の大きさを示すセグメント周期（ＴＺ）に基づいて与えられる内燃機関の回転円滑度を制御する方法（及び装置）において、
回転円滑度の実際値が重み付き平均値を形成することによって求められること、
前記重み付き平均値の形成が、所定のシリンダの実際値を求めるときその他のシリンダの影響を除去するように選択された重み係数を用いて行われることを特徴とする。
【０００５】
また、本発明（請求項３と５）は、
クランク軸ないしカム軸に配置されたセグメント輪によってセグメントパルスが形成される内燃機関の回転円滑度を制御する方法（及び装置）であって、２つのセグメントパルスによって１セグメントが定められ、内燃機関の各シリンダに関連して回転円滑度の実際値、回転円滑度の目標値、制御偏差および制御器が設けられており、その場合各制御器は関連する制御偏差に基づいてシリンダ固有の操作値を出力し、回転円滑度の実際値と回転円滑度の目標値が２つのセグメントパルス間の間隔の大きさを示すセグメント周期（ＴＺ）に基づいて与えられる内燃機関の回転円滑度を制御する方法（及び装置）において、
前記制御器に供給される制御偏差が重み付き平均値を形成することによって求められること、
制御器と同じシリンダに関連する制御偏差が、その他の制御偏差より強く重み付けされることを特徴とする。
【０００６】
【作用】
このような構成では、回転円滑度の実際値あるいは制御器に供給される制御偏差あるいはその両方の重み付き平均値が形成される。このように形成された重み付き平均された回転円滑度の実際値ないし制御偏差に基づいて内燃機関の回転円滑度が制御されるので、各シリンダの回転円滑度のばらつきを更に良好に補償でき内燃機関の回転むらを少なくすることが可能になる。
【０００７】
その場合、所定のシリンダの回転円滑度の実際値は、変量の少なくとも２つの値にわたる重み付き平均値の形成に基づいて与えられる。更に、所定のシリンダの回転円滑度の実際値を求めるために、時間的に所定のシリンダへの燃料供給後に位置する変量の少なくとも２つの値が評価される。重み付き平均値の形成は、所定のシリンダの実際値を求めるときその他のシリンダの影響を除去するように選択された重み係数を用いて行われる。また、制御偏差の重み付き平均値を形成する場合も、少なくとも２つの制御偏差にわたる重み付き平均値が形成され、それが制御器に供給される。その場合、制御器と同じシリンダに関連する制御偏差は、その他の制御偏差より強く重み付けされる。
【０００８】
【実施例】
以下、図面に示す実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
【０００９】
次に本発明装置を自己着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）の例で説明する。しかし本発明は自己着火式内燃機関に限定されるものではない。本発明は他のタイプの内燃機関にも使用することができる。その場合には対応する構成要素を置き換えなければならない。すなわち例えば外部着火式内燃機関（ガソリンエンジン）の場合にはコントロールラックの代わりに絞り弁が用いられる。
【００１０】
図１において符号１００で示すものは出力を定める調節装置であって、その入力には加算点１０２の出力信号ＱＫが印加される。加算点１０２の一方の入力には燃料量設定装置１１０の出力信号ＱＫＦが印加され、他方の入力には第２のスイッチ１６０の出力信号ＱＫＬが印加される。燃料量設定装置はアクセルペダル位置センサ１１５の出力信号と、必要に応じて他のセンサ１１８の出力信号を処理する。燃料量設定装置１１０はさらに制御ユニット１３６に燃料量信号ＱＫＦと詳細には説明されない他の変量を供給する。
【００１１】
調節装置１００は不図示の内燃機関から発生される出力を定める。ディーゼル内燃機関の場合には、出力を定める調節装置として通常コントロールラックないしは調節レバーが使用される。外部着火式内燃機関の場合には好ましくは絞り弁が出力を定める調節装置として用いられる。しかしまた、例えば点火時点あるいは燃料噴射期間など他の変量を対応して調節することも可能である。
【００１２】
好ましくは内燃機関のクランク軸ないしはカム軸にセグメント輪１２０が配置されており、セグメント輪には少なくともシリンダ数に対応する数のマーキングが設けられている。このセグメント輪はセンサ１２５によって検出され、このセンサはセグメントパルス列からなる信号ＴＳを発生する。この信号は制御ユニット１３６、同期ユニット１３０、目標値計算装置１３２および実際値計算装置１３４へ供給される。
【００１３】
目標値計算装置１３２の出力信号ＴＺsollと実際値計算装置１３４の出力信号ＴＺIは加算点１４０で結合される。加算点１４０の出力信号Ｌは第１のスイッチング手段１４５へ達する。スイッチ１４５が閉成されている場合には、信号は同期装置１５０へ達する。この同期装置により加算点１４０の出力信号は個々のシリンダに関連して設けられた閉ループ制御器１７１、１７２、１７３および１７４に供給される。
【００１４】
制御器１７１から１７４によって対応するシリンダに関連した燃料量信号Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３およびＱ４が関連する制限器１８１、１８２、１８３および１８４に供給される。さらに各制御器の出力信号は加算点１７５で結合されて、増幅器１７６へ供給される。増幅器１７６により個々の制御器には対応する信号が供給される。
【００１５】
第２の同期装置１５５は個々の燃料量信号Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３およびＱ４に基づいて回転円滑度の補正量ＱＫＬを形成する。この補正量は第２のスイッチ１６０を介して加算点１０２へ達する。ここでこの補正量の信号が燃料量設定装置１１０の出力信号と結合される。
【００１６】
制御ユニット１３６により第１のスイッチ１４５と第２のスイッチ１６０には対応する駆動信号が印加される。同期ユニット１３０により第１の同期装置１５０と第２の同期装置１５５には対応する駆動信号が供給される。
【００１７】
図示の実施例は６気筒内燃機関である。しかし、本発明の構成は、他のシリンダ数を有する内燃機関にも使用することができる。その場合にはセグメント輪上のセグメントの数と制御器および制限器の数を対応して調整しなければならない。
【００１８】
次に本装置の機能を図２を用いて説明する。図２（ａ）には内燃機関の瞬時回転数Ｎが時間に対して図示されている。各燃焼後に回転数は最大値まで上昇し、その後最少値まで下降する。次の燃料供給（計量）時にこの過程が繰り返される。その結果、回転数は所定の平均値を中心に変動する。
【００１９】
図２（ｂ）には、セグメントパルス列からなるセンサ１２５の出力信号ＴＳが図示されている。それぞれ２つのセグメントパルスによって１つのセグメントが定まる。さらに個々のセグメントの記号が記入されている。第１のシリンダへの噴射に続くセグメントが１．で示されており、このセグメントはセグメント周期ＴＳ-(Z+1)を有する。次のセグメントは２．で示され、セグメント周期ＴＳ-Zを有する。セグメント周期は互いに連続する２つのセグメントパルスの時間的な間隔に対応する。
【００２０】
図２（ｃ）においては、ＺＩで示すシリンダに燃料供給が行われる時点が矢印でマークされている。以下の説明においては実際値と目標値を求める方法を第１のシリンダＺ１の例で説明する。このシリンダは＊で示されている。各エンジンサイクル毎に各シリンダにそれぞれ一回燃料供給（噴射）が行われる。各エンジンサイクルは２Ｚセグメントからなっている。数Ｚは内燃機関のシリンダ数に相当する。
【００２１】
互いに直接連続するセグメントのセグメント周期はかなり変動する。しかし各エンジンサイクルの２Ｚのセグメント周期はＺシリンダに分けることができるので、各シリンダにシリンダ固有（特有）の周期ＴＺを割り当てることができる。最も簡単な場合には、ＴＺは注目しているシリンダへの燃料供給後の第１と第２のセグメント周期の合計に等しい。このシリンダ固有の周期ＴＺの変動が回転円滑度と反対の概念である回転変動（回転むら）と呼ばれている。本発明の目的は、この変動を補償して、すべてのシリンダに対してほぼ一定の周期ＴＺが得られるようにすることである。
【００２２】
図２（ｄ）には回転むらを補償するためのシリンダ固有の操作量ＱＫＬが図示されている。調節装置１００をより高速に調節することができるようにするために、操作量は最初の短かい時間区分のところで嵩上げされている。
【００２３】
従来は個々のシリンダに対する実際値を形成するために、それぞれ対応するシリンダの噴射に続く２つのセグメントが評価されていた。これは、第１のシリンダＺ１の実際値が、セグメント周期ＴＳ-(z+1)およびＴＳ-Zに基づいて計算されることを意味している。その場合、目標値はこれら２つのセグメント並びにその前の５つとその後の５つのセグメントに基づいて得られる。これは１エンジンサイクル全部にわたる平均値に対応する。
【００２４】
実際値計算装置１３４は、回転数センサ１２５の信号ＴＳに基づいて個々のシリンダに関連する回転円滑度制御器の実際値を計算する。以下において、あるシリンダに対する回転円滑度の実際値を求める方法をシリンダＺ１の例で説明する。他のシリンダの実際値の計算も同様に行われる。
【００２５】
注目するシリンダの燃焼行程の間に進行する物理的なプロセスは多数のセグメントにわたって作用を及ぼす。従って、（２Ｓ＋１）の実効セグメント周期から得られるシリンダ固有の周期ＴＺを求めると、効果的である。周期ＴＺの計算は、例えば次の式に従って行われる。
【００２６】
【数１】
【００２７】
このシリンダ固有の周期は、重み係数Ｆｉを適当に選んだ場合には、関連するシリンダの燃焼過程の伝達時間（進行時間）に対応する。従ってこの周期がシリンダに関連する回転円滑度制御器の実際値ＴＺIとして使用される。関連する目標値ＴＺsollは実際の２Ｚのセグメント周期の合計から形成される。その場合、次の式が用いられる。
【００２８】
【数２】
【００２９】
回転円滑度制御器の目的はシリンダ固有の周期ＴＺをすべてのシリンダにわたって一定にし値ＴＺsollに調節することである。これは、噴射すべき燃料量ＱＫをシリンダ個別（固有）に補正（ＱＫＬ）することによって行われる。
【００３０】
特に、目標値と実際値を求めるためにセグメント周期を調べると、効果が得られる。この措置によって、直接的な測定量（セグメント周期）が処理できる、という利点が得られる。セグメント周期は回転円滑度の外乱に対する良好な尺度となる。
【００３１】
セグメント周期の他に２つのセグメントパルス間の間隔の大きさを示す量を評価することもできる。すなわち例えば回転数信号（特にセグメント回転数）、あるいは加速度信号を使用することができる。すなわちセグメント回転数の変化あるいはセグメント周期の変化が調べられる。セグメント回転数とは、１セグメントにわたって平均された回転数のことである。
【００３２】
特にシリンダ数が４より大きい場合に、個々のシリンダの燃焼行程が時間的に一部重なる結果、測定された個々のセグメント周期内で情報が混合されてしまうので、セグメント周期へのシリンダ固有の寄与量を減少させることが望ましい。
【００３３】
そのために重み係数Ｆｉは、回転円滑度の実際値の計算により注目するシリンダについてのみ有効な値が得られるように、かつ先行ないしは後続のシリンダの効果がほぼ除去されるように選択される。その場合、負の重み係数が意味を持つ場合もある。
【００３４】
任意の数のセグメントを調べることも可能であって、特に好ましくは約７までのセグメントが評価される。注目するシリンダへの噴射からかなり離れた位置のセグメント周期はわずかな影響しか与えない。セグメント数が大きくなると、計算および設定のコストがかなり大きくなる。
【００３５】
本発明によれば、個々のシリンダに関連する実際値を求めるために、セグメント周期が異って重み付けされる。それによって、内燃機関における物理的なプロセスをさらによく考慮できるという利点が得られる。さらにパラメータ（重み係数）を適当に選択することによって、回転円滑度制御を燃焼過程に合わせて良好に調整することができる。これらのパラメータはコンピュータのモデル形成によってだけでなく、特に設定の段階での実際のテストによっても、制御すべきエンジンのそれぞれの特徴（シリンダ数、慣性モーメント、セグメント輪上のマーキング位置）に合わせて調整することができる。
【００３６】
加算点１４０は目標値ＴＺsollと実際値ＴＺistに基づいて制御偏差Ｌを定める。エンジンないし車両の所定の運転状態において、制御ユニット１３６は種々の入力信号に従ってスイッチ１４５と１６０を作動する。それによってこの所定の運転状態において回転円滑度制御がアクティブになる。
【００３７】
その場合、制御偏差は同期装置１５０を介してそれぞれの制御器１７１、１７２、１７３および１７４へ達する。その場合に各シリンダに対して制御器が割り当てられている。同期装置は対応する制御器を選択して、対応する制御偏差Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ないしＬ４を対応する制御器へ供給する。個々のシリンダに対して設けられている回転円滑度制御器は好ましくはＰＩ制御特性を有する閉ループ制御器として実現されている。
【００３８】
制御器の対応する出力信号はそれぞれの制限装置１８１、１８２、１８３ないし１８４において下限値と上限値に制限される。その後同期装置１５５はそれぞれ対応する制御器出力信号を選択して、それを第２のスイッチ１６０を介して加算点１０２へ供給する。加算点１０２においては回転円滑度制御器の出力信号が運転者の要求に応じた燃料量信号ＱＫＦと重畳される。その後調節装置１００には対応する燃料量を噴射するための操作量が供給される。
【００３９】
始動時に回転円滑度制御器の積分器はゼロにセットされる。回転円滑度制御器は所定の回転数範囲内でのみアクティブにされる。例えば回転数が１５００回転／分より大きい場合にはスイッチ１４５ないしは１６０が開放されて、それによって回転円滑度制御は駆動停止にすることができる。
【００４０】
さらに、所定の運転状態、特に高負荷時には、開ループ制御のみが行われるようにすることができる。これは目標値と実際値の比較が行われないことを意味する。これはスイッチ１４５を開放することによって行なわれるが、回転円滑度制御器の出力信号はそのときの値に留まっている。これは、スイッチ１６０が閉じられ、対応する補正値ＱＫＬが引続き得られることを意味している。この種の開ループ制御は好ましくは負荷が大きい場合に行われる。
【００４１】
回転円滑度（閉ループ）制御は好ましくはアイドリング運転時、ないしは回転数が低い場合にアクティブになる。
【００４２】
アイドリング回転数の時間的な平均値は回転円滑度制御によって変化してはならないので、回転円滑度制御器１７１、１７２、１７３および１７４の出力信号が加算点１７５で加算され、増幅器１７６へ供給される。この増幅器１７６は、時間的な平均値からのずれがゼロになるように形成された補正信号を発生する。これは、出力信号Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３およびＱ４の合計が、ゼロになるように設定されることを意味している。
【００４３】
回転数センサが故障している場合には、個々の回転円滑度制御器の操作量はゼロに設定される。これは、回転円滑度プログラムが処理されないことを意味する。これはスイッチ１６０と１４５を開放することによって行なうことができる。
【００４４】
減速運転（エンジンブレーキ）においては回転円滑度の負の操作量は有効でない。従って正の操作量により残量が発生する。従って、減速運転では補正量ＱＫＬはゼロに減少されるか、ないしはスイッチ１６０が開放される。
【００４５】
スイッチ１４５を開放することによって、制御器には制御偏差Ｌが供給されなくなる。それによって出力信号Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３およびＱ４は一定の値に留まる。その場合には対応する補正操作量ＱＫＬは引続き有効になっており、燃料量の補正に用いられる。
【００４６】
スイッチ１６０のみが開放され、スイッチ１４５が閉じている場合には、補正操作量は継続して新しく計算されるが、噴射される燃料量への影響はない。２つのスイッチが開放されている場合には、回転円滑度制御は非アクティブになる。
【００４７】
実際値の重み付けに加えて、あるいはその代わりに制御偏差を重み付けする場合に特に好ましい実施例が得られる。それに関して図３を参照する。図１と同様の部分には同様な参照符号が付されている。
【００４８】
ここでは簡単にするために、制限装置、加算点１７５並びに増幅器１７６が省かれている。さらに第２と第３のシリンダの制御器も同様に省かれている。従ってこの例は２気筒内燃機関を示すものであるが、困難なく多数のシリンダを有する内燃機関へ拡張することも可能である。
【００４９】
第１の制御器、従って第１のシリンダに関連する、同期装置１５０によって得られた制御偏差Ｌ１は、加算点２００を介して第１の回転円滑度制御器１７１へ達する。回転円滑度制御器１７１の出力信号は第２の同期装置１５５へ達する。
【００５０】
第４のシリンダに関する制御偏差Ｌ４も同様に加算点２１０を介して関連する制御器１７４へ達する。この制御器は図１の場合と同様に同期装置１５５へ信号を供給する。制御器１７１の入力信号は、重み付け回路２２０を介して加算点２１０へ、また制御器１７４の入力信号は重み付け回路２３０を介して加算点２００へ導かれる。
【００５１】
これは、１つのシリンダの制御偏差に隣接するシリンダの制御偏差の重み付けされた成分が重畳されることを意味している。この重畳された信号は続いて次のシリンダに達し、そこの入力信号に重畳される。好ましくは、重み付けは、１より小さい係数を用いて行われる。好ましくは重み係数は０．５に選択される。
【００５２】
これは、少なくとも２つの制御偏差にわたる重み付き平均値が所定の制御器へ供給されることを意味している。制御器は入力量として複数の制御偏差にわたる重み付き平均値を処理する。その場合に、対応するシリンダに関連する制御偏差は、他の制御偏差よりも強く重み付けされる。例えば第１のシリンダに注目すると、この第１のシリンダに関連する制御偏差は他のシリンダに関連する制御偏差よりも強く重み付けされる。
【００５３】
個々のシリンダの制御偏差をこのように結合し、かつ重み付けすることによって、ＰＩ制御器のすべての積分器は、まず第１に関係する積分器ほど制御偏差の飛躍的な変化に顕著に反応しなくなる。この構造は減結合的（絶縁的）に作用し、それによってより過渡応答は良好になる。
【００５４】
上述の装置はアナログでもデジタルでも実現することができる。特に好ましくは然るべくプログラムされたコンピュータを用いて装置が実現される。
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明（請求項１と４）では、回転円滑度の実際値を、重み付き平均値を形成することによって求め、その重み付き平均値の形成が、所定のシリンダの実際値を求めるときその他のシリンダの影響を除去するように選択された重み係数を用いて行われ、また本発明（請求項３と５）では、制御器に供給される制御偏差を、重み付き平均値を形成することによって求め、その場合、制御器と同じシリンダに関連する制御偏差が、その他の制御偏差より強く重み付けされるので、各シリンダの回転円滑度のばらつきを更に良好に補償でき内燃機関の回転むらを少なくすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】回転円滑度を処理する信号の時間的なシーケンスを示す波形図である。
【図３】本発明の他の実施例の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１００ 調節装置
１１０ 燃料量設定装置
１３０ 同期ユニット
１３２ 目標値計算装置
１３４ 実際値計算装置
１３６ 制御ユニット
１５０ 同期装置
１７１、１７２、１７３、１７４ （閉ループ）制御器
１７６ 増幅器
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の回転円滑度を制御する方法と装置、更に詳細には、内燃機関の各シリンダに関連して回転円滑度の実際値、回転円滑度の目標値、制御偏差および制御器がそれぞれ割り当てられ、各制御器が関連する制御偏差に基づいてシリンダ固有の操作量を出力する内燃機関の回転円滑度を制御する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の回転円滑度を制御するこの種の方法とこの種の装置は、ＤＥ−ＯＳ３３３６０２８（ＵＳ−Ａ４６８８５３５）から知られている。同公報には内燃機関の回転円滑度を制御する方法と装置が記載されている。この種の装置においては、内燃機関の各シリンダには、各シリンダに関連する制御偏差に従ってその関連するシリンダに対して操作量を形成する閉ループ制御器が設けられている。制御偏差は、個々のシリンダに関連した実際値と目標値から形成される。実際値としては２つの燃焼間の時間間隔ないしはセグメント輪によって定められるセグメントの期間が用いられる。目標値はすべての実際値にわたる平均値を形成することによって得られる。この種の回転円滑度制御によってはすべての運転状態において満足できる結果を得ることはできない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、各シリンダのばらつきを更に良好に補償し内燃機関の回転むらを少なくすることが可能な内燃機関の回転円滑度を制御する方法と装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１と４）は、
クランク軸ないしカム軸に配置されたセグメント輪によってセグメントパルスが形成される内燃機関の回転円滑度を制御する方法（及び装置）であって、２つのセグメントパルスによって１セグメントが定められ、内燃機関の各シリンダに関連して回転円滑度の実際値、回転円滑度の目標値、制御偏差および制御器が設けられており、その場合各制御器は関連する制御偏差に基づいてシリンダ固有の操作値を出力し、回転円滑度の実際値と回転円滑度の目標値が２つのセグメントパルス間の間隔の大きさを示すセグメント周期（ＴＺ）に基づいて与えられる内燃機関の回転円滑度を制御する方法（及び装置）において、
回転円滑度の実際値が重み付き平均値を形成することによって求められること、
前記重み付き平均値の形成が、所定のシリンダの実際値を求めるときその他のシリンダの影響を除去するように選択された重み係数を用いて行われることを特徴とする。
【０００５】
また、本発明（請求項３と５）は、
クランク軸ないしカム軸に配置されたセグメント輪によってセグメントパルスが形成される内燃機関の回転円滑度を制御する方法（及び装置）であって、２つのセグメントパルスによって１セグメントが定められ、内燃機関の各シリンダに関連して回転円滑度の実際値、回転円滑度の目標値、制御偏差および制御器が設けられており、その場合各制御器は関連する制御偏差に基づいてシリンダ固有の操作値を出力し、回転円滑度の実際値と回転円滑度の目標値が２つのセグメントパルス間の間隔の大きさを示すセグメント周期（ＴＺ）に基づいて与えられる内燃機関の回転円滑度を制御する方法（及び装置）において、
前記制御器に供給される制御偏差が重み付き平均値を形成することによって求められること、
制御器と同じシリンダに関連する制御偏差が、その他の制御偏差より強く重み付けされることを特徴とする。
【０００６】
【作用】
このような構成では、回転円滑度の実際値あるいは制御器に供給される制御偏差あるいはその両方の重み付き平均値が形成される。このように形成された重み付き平均された回転円滑度の実際値ないし制御偏差に基づいて内燃機関の回転円滑度が制御されるので、各シリンダの回転円滑度のばらつきを更に良好に補償でき内燃機関の回転むらを少なくすることが可能になる。
【０００７】
その場合、所定のシリンダの回転円滑度の実際値は、変量の少なくとも２つの値にわたる重み付き平均値の形成に基づいて与えられる。更に、所定のシリンダの回転円滑度の実際値を求めるために、時間的に所定のシリンダへの燃料供給後に位置する変量の少なくとも２つの値が評価される。重み付き平均値の形成は、所定のシリンダの実際値を求めるときその他のシリンダの影響を除去するように選択された重み係数を用いて行われる。また、制御偏差の重み付き平均値を形成する場合も、少なくとも２つの制御偏差にわたる重み付き平均値が形成され、それが制御器に供給される。その場合、制御器と同じシリンダに関連する制御偏差は、その他の制御偏差より強く重み付けされる。
【０００８】
【実施例】
以下、図面に示す実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
【０００９】
次に本発明装置を自己着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）の例で説明する。しかし本発明は自己着火式内燃機関に限定されるものではない。本発明は他のタイプの内燃機関にも使用することができる。その場合には対応する構成要素を置き換えなければならない。すなわち例えば外部着火式内燃機関（ガソリンエンジン）の場合にはコントロールラックの代わりに絞り弁が用いられる。
【００１０】
図１において符号１００で示すものは出力を定める調節装置であって、その入力には加算点１０２の出力信号ＱＫが印加される。加算点１０２の一方の入力には燃料量設定装置１１０の出力信号ＱＫＦが印加され、他方の入力には第２のスイッチ１６０の出力信号ＱＫＬが印加される。燃料量設定装置はアクセルペダル位置センサ１１５の出力信号と、必要に応じて他のセンサ１１８の出力信号を処理する。燃料量設定装置１１０はさらに制御ユニット１３６に燃料量信号ＱＫＦと詳細には説明されない他の変量を供給する。
【００１１】
調節装置１００は不図示の内燃機関から発生される出力を定める。ディーゼル内燃機関の場合には、出力を定める調節装置として通常コントロールラックないしは調節レバーが使用される。外部着火式内燃機関の場合には好ましくは絞り弁が出力を定める調節装置として用いられる。しかしまた、例えば点火時点あるいは燃料噴射期間など他の変量を対応して調節することも可能である。
【００１２】
好ましくは内燃機関のクランク軸ないしはカム軸にセグメント輪１２０が配置されており、セグメント輪には少なくともシリンダ数に対応する数のマーキングが設けられている。このセグメント輪はセンサ１２５によって検出され、このセンサはセグメントパルス列からなる信号ＴＳを発生する。この信号は制御ユニット１３６、同期ユニット１３０、目標値計算装置１３２および実際値計算装置１３４へ供給される。
【００１３】
目標値計算装置１３２の出力信号ＴＺsollと実際値計算装置１３４の出力信号ＴＺIは加算点１４０で結合される。加算点１４０の出力信号Ｌは第１のスイッチング手段１４５へ達する。スイッチ１４５が閉成されている場合には、信号は同期装置１５０へ達する。この同期装置により加算点１４０の出力信号は個々のシリンダに関連して設けられた閉ループ制御器１７１、１７２、１７３および１７４に供給される。
【００１４】
制御器１７１から１７４によって対応するシリンダに関連した燃料量信号Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３およびＱ４が関連する制限器１８１、１８２、１８３および１８４に供給される。さらに各制御器の出力信号は加算点１７５で結合されて、増幅器１７６へ供給される。増幅器１７６により個々の制御器には対応する信号が供給される。
【００１５】
第２の同期装置１５５は個々の燃料量信号Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３およびＱ４に基づいて回転円滑度の補正量ＱＫＬを形成する。この補正量は第２のスイッチ１６０を介して加算点１０２へ達する。ここでこの補正量の信号が燃料量設定装置１１０の出力信号と結合される。
【００１６】
制御ユニット１３６により第１のスイッチ１４５と第２のスイッチ１６０には対応する駆動信号が印加される。同期ユニット１３０により第１の同期装置１５０と第２の同期装置１５５には対応する駆動信号が供給される。
【００１７】
図示の実施例は６気筒内燃機関である。しかし、本発明の構成は、他のシリンダ数を有する内燃機関にも使用することができる。その場合にはセグメント輪上のセグメントの数と制御器および制限器の数を対応して調整しなければならない。
【００１８】
次に本装置の機能を図２を用いて説明する。図２（ａ）には内燃機関の瞬時回転数Ｎが時間に対して図示されている。各燃焼後に回転数は最大値まで上昇し、その後最少値まで下降する。次の燃料供給（計量）時にこの過程が繰り返される。その結果、回転数は所定の平均値を中心に変動する。
【００１９】
図２（ｂ）には、セグメントパルス列からなるセンサ１２５の出力信号ＴＳが図示されている。それぞれ２つのセグメントパルスによって１つのセグメントが定まる。さらに個々のセグメントの記号が記入されている。第１のシリンダへの噴射に続くセグメントが１．で示されており、このセグメントはセグメント周期ＴＳ-(Z+1)を有する。次のセグメントは２．で示され、セグメント周期ＴＳ-Zを有する。セグメント周期は互いに連続する２つのセグメントパルスの時間的な間隔に対応する。
【００２０】
図２（ｃ）においては、ＺＩで示すシリンダに燃料供給が行われる時点が矢印でマークされている。以下の説明においては実際値と目標値を求める方法を第１のシリンダＺ１の例で説明する。このシリンダは＊で示されている。各エンジンサイクル毎に各シリンダにそれぞれ一回燃料供給（噴射）が行われる。各エンジンサイクルは２Ｚセグメントからなっている。数Ｚは内燃機関のシリンダ数に相当する。
【００２１】
互いに直接連続するセグメントのセグメント周期はかなり変動する。しかし各エンジンサイクルの２Ｚのセグメント周期はＺシリンダに分けることができるので、各シリンダにシリンダ固有（特有）の周期ＴＺを割り当てることができる。最も簡単な場合には、ＴＺは注目しているシリンダへの燃料供給後の第１と第２のセグメント周期の合計に等しい。このシリンダ固有の周期ＴＺの変動が回転円滑度と反対の概念である回転変動（回転むら）と呼ばれている。本発明の目的は、この変動を補償して、すべてのシリンダに対してほぼ一定の周期ＴＺが得られるようにすることである。
【００２２】
図２（ｄ）には回転むらを補償するためのシリンダ固有の操作量ＱＫＬが図示されている。調節装置１００をより高速に調節することができるようにするために、操作量は最初の短かい時間区分のところで嵩上げされている。
【００２３】
従来は個々のシリンダに対する実際値を形成するために、それぞれ対応するシリンダの噴射に続く２つのセグメントが評価されていた。これは、第１のシリンダＺ１の実際値が、セグメント周期ＴＳ-(z+1)およびＴＳ-Zに基づいて計算されることを意味している。その場合、目標値はこれら２つのセグメント並びにその前の５つとその後の５つのセグメントに基づいて得られる。これは１エンジンサイクル全部にわたる平均値に対応する。
【００２４】
実際値計算装置１３４は、回転数センサ１２５の信号ＴＳに基づいて個々のシリンダに関連する回転円滑度制御器の実際値を計算する。以下において、あるシリンダに対する回転円滑度の実際値を求める方法をシリンダＺ１の例で説明する。他のシリンダの実際値の計算も同様に行われる。
【００２５】
注目するシリンダの燃焼行程の間に進行する物理的なプロセスは多数のセグメントにわたって作用を及ぼす。従って、（２Ｓ＋１）の実効セグメント周期から得られるシリンダ固有の周期ＴＺを求めると、効果的である。周期ＴＺの計算は、例えば次の式に従って行われる。
【００２６】
【数１】
このシリンダ固有の周期は、重み係数Ｆｉを適当に選んだ場合には、関連するシリンダの燃焼過程の伝達時間（進行時間）に対応する。従ってこの周期がシリンダに関連する回転円滑度制御器の実際値ＴＺIとして使用される。関連する目標値ＴＺsollは実際の２Ｚのセグメント周期の合計から形成される。その場合、次の式が用いられる。
【００２８】
【数２】
回転円滑度制御器の目的はシリンダ固有の周期ＴＺをすべてのシリンダにわたって一定にし値ＴＺsollに調節することである。これは、噴射すべき燃料量ＱＫをシリンダ個別（固有）に補正（ＱＫＬ）することによって行われる。
【００３０】
特に、目標値と実際値を求めるためにセグメント周期を調べると、効果が得られる。この措置によって、直接的な測定量（セグメント周期）が処理できる、という利点が得られる。セグメント周期は回転円滑度の外乱に対する良好な尺度となる。
【００３１】
セグメント周期の他に２つのセグメントパルス間の間隔の大きさを示す量を評価することもできる。すなわち例えば回転数信号（特にセグメント回転数）、あるいは加速度信号を使用することができる。すなわちセグメント回転数の変化あるいはセグメント周期の変化が調べられる。セグメント回転数とは、１セグメントにわたって平均された回転数のことである。
【００３２】
特にシリンダ数が４より大きい場合に、個々のシリンダの燃焼行程が時間的に一部重なる結果、測定された個々のセグメント周期内で情報が混合されてしまうので、セグメント周期へのシリンダ固有の寄与量を減少させることが望ましい。
【００３３】
そのために重み係数Ｆｉは、回転円滑度の実際値の計算により注目するシリンダについてのみ有効な値が得られるように、かつ先行ないしは後続のシリンダの効果がほぼ除去されるように選択される。その場合、負の重み係数が意味を持つ場合もある。
【００３４】
任意の数のセグメントを調べることも可能であって、特に好ましくは約７までのセグメントが評価される。注目するシリンダへの噴射からかなり離れた位置のセグメント周期はわずかな影響しか与えない。セグメント数が大きくなると、計算および設定のコストがかなり大きくなる。
【００３５】
本発明によれば、個々のシリンダに関連する実際値を求めるために、セグメント周期が異って重み付けされる。それによって、内燃機関における物理的なプロセスをさらによく考慮できるという利点が得られる。さらにパラメータ（重み係数）を適当に選択することによって、回転円滑度制御を燃焼過程に合わせて良好に調整することができる。これらのパラメータはコンピュータのモデル形成によってだけでなく、特に設定の段階での実際のテストによっても、制御すべきエンジンのそれぞれの特徴（シリンダ数、慣性モーメント、セグメント輪上のマーキング位置）に合わせて調整することができる。
【００３６】
加算点１４０は目標値ＴＺsollと実際値ＴＺistに基づいて制御偏差Ｌを定める。エンジンないし車両の所定の運転状態において、制御ユニット１３６は種々の入力信号に従ってスイッチ１４５と１６０を作動する。それによってこの所定の運転状態において回転円滑度制御がアクティブになる。
【００３７】
その場合、制御偏差は同期装置１５０を介してそれぞれの制御器１７１、１７２、１７３および１７４へ達する。その場合に各シリンダに対して制御器が割り当てられている。同期装置は対応する制御器を選択して、対応する制御偏差Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ないしＬ４を対応する制御器へ供給する。個々のシリンダに対して設けられている回転円滑度制御器は好ましくはＰＩ制御特性を有する閉ループ制御器として実現されている。
【００３８】
制御器の対応する出力信号はそれぞれの制限装置１８１、１８２、１８３ないし１８４において下限値と上限値に制限される。その後同期装置１５５はそれぞれ対応する制御器出力信号を選択して、それを第２のスイッチ１６０を介して加算点１０２へ供給する。加算点１０２においては回転円滑度制御器の出力信号が運転者の要求に応じた燃料量信号ＱＫＦと重畳される。その後調節装置１００には対応する燃料量を噴射するための操作量が供給される。
【００３９】
始動時に回転円滑度制御器の積分器はゼロにセットされる。回転円滑度制御器は所定の回転数範囲内でのみアクティブにされる。例えば回転数が１５００回転／分より大きい場合にはスイッチ１４５ないしは１６０が開放されて、それによって回転円滑度制御は駆動停止にすることができる。
【００４０】
さらに、所定の運転状態、特に高負荷時には、開ループ制御のみが行われるようにすることができる。これは目標値と実際値の比較が行われないことを意味する。これはスイッチ１４５を開放することによって行なわれるが、回転円滑度制御器の出力信号はそのときの値に留まっている。これは、スイッチ１６０が閉じられ、対応する補正値ＱＫＬが引続き得られることを意味している。この種の開ループ制御は好ましくは負荷が大きい場合に行われる。
【００４１】
回転円滑度（閉ループ）制御は好ましくはアイドリング運転時、ないしは回転数が低い場合にアクティブになる。
【００４２】
アイドリング回転数の時間的な平均値は回転円滑度制御によって変化してはならないので、回転円滑度制御器１７１、１７２、１７３および１７４の出力信号が加算点１７５で加算され、増幅器１７６へ供給される。この増幅器１７６は、時間的な平均値からのずれがゼロになるように形成された補正信号を発生する。これは、出力信号Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３およびＱ４の合計が、ゼロになるように設定されることを意味している。
【００４３】
回転数センサが故障している場合には、個々の回転円滑度制御器の操作量はゼロに設定される。これは、回転円滑度プログラムが処理されないことを意味する。これはスイッチ１６０と１４５を開放することによって行なうことができる。
【００４４】
減速運転（エンジンブレーキ）においては回転円滑度の負の操作量は有効でない。従って正の操作量により残量が発生する。従って、減速運転では補正量ＱＫＬはゼロに減少されるか、ないしはスイッチ１６０が開放される。
【００４５】
スイッチ１４５を開放することによって、制御器には制御偏差Ｌが供給されなくなる。それによって出力信号Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３およびＱ４は一定の値に留まる。その場合には対応する補正操作量ＱＫＬは引続き有効になっており、燃料量の補正に用いられる。
【００４６】
スイッチ１６０のみが開放され、スイッチ１４５が閉じている場合には、補正操作量は継続して新しく計算されるが、噴射される燃料量への影響はない。２つのスイッチが開放されている場合には、回転円滑度制御は非アクティブになる。
【００４７】
実際値の重み付けに加えて、あるいはその代わりに制御偏差を重み付けする場合に特に好ましい実施例が得られる。それに関して図３を参照する。図１と同様の部分には同様な参照符号が付されている。
【００４８】
ここでは簡単にするために、制限装置、加算点１７５並びに増幅器１７６が省かれている。さらに第２と第３のシリンダの制御器も同様に省かれている。従ってこの例は２気筒内燃機関を示すものであるが、困難なく多数のシリンダを有する内燃機関へ拡張することも可能である。
【００４９】
第１の制御器、従って第１のシリンダに関連する、同期装置１５０によって得られた制御偏差Ｌ１は、加算点２００を介して第１の回転円滑度制御器１７１へ達する。回転円滑度制御器１７１の出力信号は第２の同期装置１５５へ達する。
【００５０】
第４のシリンダに関する制御偏差Ｌ４も同様に加算点２１０を介して関連する制御器１７４へ達する。この制御器は図１の場合と同様に同期装置１５５へ信号を供給する。制御器１７１の入力信号は、重み付け回路２２０を介して加算点２１０へ、また制御器１７４の入力信号は重み付け回路２３０を介して加算点２００へ導かれる。
【００５１】
これは、１つのシリンダの制御偏差に隣接するシリンダの制御偏差の重み付けされた成分が重畳されることを意味している。この重畳された信号は続いて次のシリンダに達し、そこの入力信号に重畳される。好ましくは、重み付けは、１より小さい係数を用いて行われる。好ましくは重み係数は０．５に選択される。
【００５２】
これは、少なくとも２つの制御偏差にわたる重み付き平均値が所定の制御器へ供給されることを意味している。制御器は入力量として複数の制御偏差にわたる重み付き平均値を処理する。その場合に、対応するシリンダに関連する制御偏差は、他の制御偏差よりも強く重み付けされる。例えば第１のシリンダに注目すると、この第１のシリンダに関連する制御偏差は他のシリンダに関連する制御偏差よりも強く重み付けされる。
【００５３】
個々のシリンダの制御偏差をこのように結合し、かつ重み付けすることによって、ＰＩ制御器のすべての積分器は、まず第１に関係する積分器ほど制御偏差の飛躍的な変化に顕著に反応しなくなる。この構造は減結合的（絶縁的）に作用し、それによってより過渡応答は良好になる。
【００５４】
上述の装置はアナログでもデジタルでも実現することができる。特に好ましくは然るべくプログラムされたコンピュータを用いて装置が実現される。
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明（請求項１と４）では、回転円滑度の実際値を、重み付き平均値を形成することによって求め、その重み付き平均値の形成が、所定のシリンダの実際値を求めるときその他のシリンダの影響を除去するように選択された重み係数を用いて行われ、また本発明（請求項３と５）では、制御器に供給される制御偏差を、重み付き平均値を形成することによって求め、その場合、制御器と同じシリンダに関連する制御偏差が、その他の制御偏差より強く重み付けされるので、各シリンダの回転円滑度のばらつきを更に良好に補償でき内燃機関の回転むらを少なくすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】回転円滑度を処理する信号の時間的なシーケンスを示す波形図である。
【図３】本発明の他の実施例の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１００ 調節装置
１１０ 燃料量設定装置
１３０ 同期ユニット
１３２ 目標値計算装置
１３４ 実際値計算装置
１３６ 制御ユニット
１５０ 同期装置
１７１、１７２、１７３、１７４ （閉ループ）制御器
１７６ 増幅器
Claims (5)
- クランク軸ないしカム軸に配置されたセグメント輪によってセグメントパルスが形成される内燃機関の回転円滑度を制御する方法であって、２つのセグメントパルスによって１セグメントが定められ、内燃機関の各シリンダに関連して回転円滑度の実際値、回転円滑度の目標値、制御偏差および制御器が設けられており、その場合各制御器は関連する制御偏差に基づいてシリンダ固有の操作値を出力し、回転円滑度の実際値と回転円滑度の目標値が２つのセグメントパルス間の間隔の大きさを示すセグメント周期（ＴＺ）に基づいて与えられる内燃機関の回転円滑度を制御する方法において、
回転円滑度の実際値が重み付き平均値を形成することによって求められ、
前記重み付き平均値の形成が、所定のシリンダの実際値を求めるときその他のシリンダの影響を除去するように選択された重み係数を用いて行われることを特徴とする内燃機関の回転円滑度を制御する方法。 - 所定のシリンダの実際値を求めるために、時間的に所定のシリンダへの燃料供給後に位置するセグメント周期の少なくとも２つの値が用いられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- クランク軸ないしカム軸に配置されたセグメント輪によってセグメントパルスが形成される内燃機関の回転円滑度を制御する方法であって、２つのセグメントパルスによって１セグメントが定められ、内燃機関の各シリンダに関連して回転円滑度の実際値、回転円滑度の目標値、制御偏差および制御器が設けられており、その場合各制御器は関連する制御偏差に基づいてシリンダ固有の操作値を出力し、回転円滑度の実際値と回転円滑度の目標値が２つのセグメントパルス間の間隔の大きさを示すセグメント周期（ＴＺ）に基づいて与えられる内燃機関の回転円滑度を制御する方法において、
前記制御器に供給される制御偏差が重み付き平均値を形成することによって求められ、
制御器と同じシリンダに関連する制御偏差が、その他の制御偏差より強く重み付けされることを特徴とする内燃機関の回転円滑度を制御する方法。 - クランク軸ないしカム軸に配置されたセグメント輪によってセグメントパルスが形成される内燃機関の回転円滑度を制御する装置であって、２つのセグメントパルスによって１セグメントが定められ、内燃機関の各シリンダに関連して回転円滑度の実際値、回転円滑度の目標値、制御偏差および制御器が設けられており、その場合各制御器は関連する制御偏差に基づいてシリンダ固有の操作値を出力し、回転円滑度の実際値と回転円滑度の目標値を２つのセグメントパルス間の間隔の大きさを示すセグメント周期（ＴＺ）に基づいて設定する手段を備えた内燃機関の回転円滑度を制御する装置において、
回転円滑度の実際値を重み付き平均値を形成することによって設定する手段が設けられ、
前記重み付き平均値の形成が、所定のシリンダの実際値を求めるときその他のシリンダの影響を除去するように選択された重み係数を用いて行われることを特徴とする内燃機関の回転円滑度を制御する装置。 - クランク軸ないしカム軸に配置されたセグメント輪によってセグメントパルスが形成される内燃機関の回転円滑度を制御する装置であって、２つのセグメントパルスによって１セグメントが定められ、内燃機関の各シリンダに関連して回転円滑度の実際値、回転円滑度の目標値、制御偏差および制御器が設けられており、その場合各制御器は関連する制御偏差に基づいてシリンダ固有の操作値を出力し、回転円滑度の実際値と回転円滑度の目標値を２つのセグメントパルス間の間隔の大きさを示すセグメント周期（ＴＺ）に基づいて設定する手段を備えた内燃機関の回転円滑度を制御する装置において、
前記制御器に供給される制御偏差を重み付き平均値を形成することによって設定する手段が設けられ、
制御器と同じシリンダに関連する制御偏差が、その他の制御偏差より強く重み付けされることを特徴とする内燃機関の回転円滑度を制御する装置。
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